一體化設(shè)備對(duì)漁業(yè)養(yǎng)殖尾水的處理效果分析

喬冠誠(chéng)

（佛山水務(wù)環(huán)保股份有限公司，廣東 佛山 528010）

0 引言

2022 年，我國(guó)漁業(yè)產(chǎn)值為15 267.49 億元，其中淡水養(yǎng)殖為7 863.03 億元。全國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖面積為7 107 500 hm2，其中淡水養(yǎng)殖面積占70.8%；淡水產(chǎn)品產(chǎn)量為3 406.38 萬(wàn)t，成為漁業(yè)中最重要的產(chǎn)值輸出項(xiàng)［1］。當(dāng)前，隨著高密度魚(yú)種的引入及淡水魚(yú)基因的不斷優(yōu)化，漁業(yè)單位產(chǎn)量逐年上升，導(dǎo)致水產(chǎn)價(jià)格逐步下降，又促使養(yǎng)殖戶(hù)進(jìn)行更高密度的養(yǎng)殖。傳統(tǒng)?；~(yú)塘的精細(xì)化養(yǎng)殖程度不高［2］，有超五成的餌料與全部魚(yú)糞便是直接排入水體的，持續(xù)釋放的污染底物，使養(yǎng)殖尾水中的污染物質(zhì)濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，其中總氮和總磷超標(biāo)5～10倍的情況普遍存在［3-4］。在捕魚(yú)季，大量的養(yǎng)殖尾水直接外排至河涌，破壞了河涌原有的生態(tài)系統(tǒng)。為促進(jìn)淡水養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，國(guó)家、省、市各層面都發(fā)布了一系列政策。在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的《關(guān)于加快推進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)綠色發(fā)展的意見(jiàn)》中，提出加強(qiáng)養(yǎng)殖池塘改造、推廣健康養(yǎng)殖模式、加強(qiáng)養(yǎng)殖尾水治理等措施，以促進(jìn)淡水養(yǎng)殖業(yè)的綠色發(fā)展。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)針對(duì)養(yǎng)殖尾水水量巨大、污染濃度相對(duì)工業(yè)污水不高的特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合不同地區(qū)的差異性，總結(jié)出不同的處理模式，如人工濕地、三池兩壩、生態(tài)溝渠、漁稻共養(yǎng)以及一體化設(shè)備處理等，這些模式也相繼投入使用［5-6］。

“厭氧—缺氧—好氧”（AAO）工藝為污水處理廠(chǎng)使用的成熟工藝［7-8］，一體化設(shè)備處理模式的核心即源于AAO工藝。面對(duì)短時(shí)間內(nèi)水量巨大、污染濃度低的養(yǎng)殖尾水處理難題，優(yōu)化AAO 工藝或調(diào)整3 個(gè)工藝段的順序成為解決以上問(wèn)題的有效途徑。此外，土塘中較高的懸浮物（SS）是養(yǎng)殖尾水處理過(guò)程中需要處理的另一個(gè)難題，如何通過(guò)預(yù)處理系統(tǒng)高效、持久地去除原水中的SS，成為另一個(gè)研究方向。養(yǎng)殖尾水的預(yù)處理系統(tǒng)主要指系統(tǒng)前端的微濾或其他過(guò)濾組件，去除懸浮物的重要目的在于保護(hù)后續(xù)生物處理系統(tǒng)中的微生物。土塘養(yǎng)殖中的懸浮物主要為飼料、魚(yú)糞、岸基土的結(jié)合物，過(guò)多的懸浮物會(huì)逐漸附著甚至堆積在后續(xù)的生物處理系統(tǒng)中，阻隔硝化菌與空氣，導(dǎo)致完全厭氧環(huán)境的產(chǎn)生，并且堆積的懸浮物還會(huì)削弱原水中自帶或人為補(bǔ)充硝化細(xì)菌的附著效果，最終使生化系統(tǒng)崩潰。

本文以實(shí)際工程為依托，論證“岸基——一體化設(shè)備”處理模式的可行性，探討一體化設(shè)備在養(yǎng)殖尾水處理中的使用效果。本文的研究對(duì)養(yǎng)殖尾水處理模式的選擇有一定的參考意義。

1 項(xiàng)目概況

廣東省為淡水養(yǎng)殖大省，除四大家魚(yú)外，其他高價(jià)值魚(yú)種多為黃骨魚(yú)、白鱔、烏鱧、加州鱸等［9］。部分養(yǎng)殖戶(hù)選擇養(yǎng)殖烏鱧（黑魚(yú)），烏鱧養(yǎng)殖密度極大，一般每平方米產(chǎn)量為7.5～11.25 kg，養(yǎng)殖水平更高的能達(dá)到15～18.75 kg，而養(yǎng)殖密度大會(huì)導(dǎo)致在同一養(yǎng)殖周期內(nèi)換水頻率極高，消毒藥品投入量極大［10-11］。因此，養(yǎng)殖戶(hù)希望通過(guò)一體化設(shè)備處理養(yǎng)殖尾水，達(dá)到改善水質(zhì)、提產(chǎn)增效并減少成本的目的。本文選取的原養(yǎng)殖池塘均位于廣東省佛山市，養(yǎng)殖魚(yú)種均為烏鱧且養(yǎng)殖密度相似。單個(gè)魚(yú)塘水面大小為5 000～7 000 m2，水深為2.5～2.7 m，總水量約15 000 m3。一體化設(shè)備的進(jìn)水水量為960 m3/d，進(jìn)水的水質(zhì)及排水標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。尾水經(jīng)過(guò)處理達(dá)到《廣東省養(yǎng)殖尾水排放標(biāo)準(zhǔn)》中的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)后循環(huán)使用。

表1 進(jìn)水水質(zhì)及排水標(biāo)準(zhǔn)

2 三代設(shè)備工藝及運(yùn)行情況

2.1 第一代設(shè)備

第一代設(shè)備采用分體式工藝，項(xiàng)目主工藝為“微濾+OAA（好氧—缺氧—厭氧）”，其中微濾工藝是在系統(tǒng)前端布置微濾機(jī)對(duì)養(yǎng)殖尾水進(jìn)行過(guò)濾，除去尾水中的懸浮物部分（飼料+糞便），同時(shí)搭配高壓水流對(duì)濾網(wǎng)進(jìn)行周期性反沖洗。過(guò)濾后的尾水進(jìn)入OAA段進(jìn)行下一步處理。在實(shí)際運(yùn)行中，養(yǎng)殖尾水通過(guò)提升泵從底部均勻入水至好氧罐中，再溢流進(jìn)入缺氧—厭氧池，池內(nèi)布置隔板，減緩流動(dòng)速度，尾水經(jīng)處理后通過(guò)重力流回池塘。除主工藝外，第一代設(shè)備對(duì)硝化反硝化裝置進(jìn)行改進(jìn)試驗(yàn)，去除懸浮物后，尾水從頂部流入裝置最上層，通過(guò)跌流方式逐層向下流，最終通過(guò)重力流回池塘。該試驗(yàn)為第二代工藝的改進(jìn)提供了理論支持。

2.2 第二代設(shè)備

第二代尾水處理設(shè)備在第一代設(shè)備的基礎(chǔ)上，整合優(yōu)化養(yǎng)殖尾水分體式工藝，設(shè)計(jì)成集裝箱式的一體化尾水處理設(shè)備。項(xiàng)目主工藝為“BAF（曝氣生物濾池）+硝化反硝化”的處理工藝，其中第一代使用的微濾工藝被替換為BAF 過(guò)濾工藝，分體式的主工藝OAA 被替換為硝化反硝化工藝。在實(shí)際運(yùn)行中，尾水通過(guò)提升泵從底部入水至過(guò)濾罐中，再溢流進(jìn)入硝化反硝化池上層，跌流流入下層后通過(guò)重力流回池塘。

2.3 第三代設(shè)備

第三代尾水處理設(shè)備在第二代的基礎(chǔ)上保留“BAF 過(guò)濾+硝化反硝化”的處理工藝，但在原有硝化反硝化工藝中優(yōu)化布水、布?xì)夥绞?。在?shí)際運(yùn)行中，尾水進(jìn)水更均勻，濾層偏移、跑漏、濾料的情況大大減少，提高了設(shè)備連續(xù)運(yùn)行的能力。此外，對(duì)設(shè)備材質(zhì)進(jìn)行優(yōu)化提升，從原來(lái)的普通碳鋼升級(jí)為不銹鋼；同時(shí)，提升了自動(dòng)控制水平，采用自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行及遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 預(yù)處理階段對(duì)養(yǎng)殖尾水的影響

三代尾水處理工藝預(yù)處理階段對(duì)懸浮物的去除效果如圖1 所示。圖1 中的結(jié)果表明，第一代尾水處理設(shè)備在初始運(yùn)行階段，就能將養(yǎng)殖尾水中濃度為150～200 mg/L 的懸浮物過(guò)濾降低至85 mg/L 左右；在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，懸浮物去除率保持在47%～57%，處理效果比較穩(wěn)定但效率不高。因?yàn)槲V機(jī)孔徑是固定的，所以去除效率穩(wěn)定，但懸浮物去除效率遠(yuǎn)低于之后兩代設(shè)備采用的BAF 過(guò)濾方式，同時(shí)部分?jǐn)?shù)據(jù)未能達(dá)到出水指標(biāo)，存在排放風(fēng)險(xiǎn)。第二代尾水處理設(shè)備能將尾水中濃度為120～190 mg/L 的懸浮物過(guò)濾降低為15 mg/L 左右；在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，懸浮物去除率保持在88%～90%。第三代尾水處理設(shè)備能將尾水中濃度為180～220 mg/L 的懸浮物過(guò)濾降低為12 mg/L 左右；在系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，懸浮物去除率保持在90%～94%。根據(jù)第一代微濾機(jī)穩(wěn)定的去除效果判斷，增加微濾機(jī)的大?。ㄈ萘浚┠茉谝欢ǔ潭壬咸岣呷コ?，但受用電功率、機(jī)器價(jià)格等因素影響，僅增加微濾機(jī)的大?。ㄈ萘浚┎⒎亲罱?jīng)濟(jì)、實(shí)惠的選擇。對(duì)比第二代、第三代尾水處理設(shè)備的懸浮物去除率，雖然最終兩者均能達(dá)到較高的去除率，但是第三代設(shè)備更快且更高的去除率能更好地減少后續(xù)生化系統(tǒng)的反沖洗頻率，保證了微生物降解的高效性與穩(wěn)定性。

圖1 三代尾水處理工藝對(duì)懸浮物的去除效果

3.2 三代尾水處理工藝對(duì)污染物的去除

3.2.1 對(duì)氨氮的去除

三代尾水處理系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果如圖2 所示。由圖2 可知，第一代尾水處理工藝的氨氮濃度從1.8 mg/L 降到0.5 mg/L，去除率達(dá)到72%；隨著處理過(guò)程的進(jìn)行，原水中的氨氮濃度呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，在第25 d 的時(shí)候，氨氮去除率達(dá)到記錄的最高值（79.7%）。第二代尾水處理工藝系統(tǒng)在運(yùn)行至第5 d時(shí)，氨氮去除率已達(dá)到80%，并在后續(xù)的運(yùn)行過(guò)程中保持穩(wěn)定的氨氮去除率。第三代尾水處理工藝系統(tǒng)在運(yùn)行至第5 d 時(shí)，氨氮去除率達(dá)到90%，在隨后的運(yùn)行中同樣能保持穩(wěn)定的氨氮去除率。通過(guò)對(duì)比三代設(shè)備的氨氮去除率發(fā)現(xiàn)，第三代尾水處理工藝系統(tǒng)的整體去除率表現(xiàn)最優(yōu)。此外，三代設(shè)備的氨氮去除率在第30 d 時(shí)均有下降，而第三代設(shè)備的氨氮去除率更是接近于0，這是由于隨著原水中氨氮濃度持續(xù)下降，后期設(shè)備的氨氮處理量與每日投料導(dǎo)致的進(jìn)入池塘的氨氮量基本持平（成魚(yú)每日投料量固定），整體反映為去除率下降甚至接近于0，而實(shí)際上原水中的氨氮濃度已在0.1 mg/L以下。

圖2 三代尾水處理系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除效果

3.2.2 對(duì)亞硝酸鹽的去除

圖3 為三代尾水處理設(shè)備系統(tǒng)對(duì)亞硝酸鹽的去除效果。如圖3 所示，三代尾水處理設(shè)備系統(tǒng)對(duì)亞硝酸鹽的起始去除率相較于氨氮并不高，三代尾水處理設(shè)備的亞硝酸鹽去除率分別為31%、32%、50%，同期，氨氮去除率分別為72%、80%、90%。經(jīng)分析，這是由于氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽是硝化反應(yīng)的第一步，啟動(dòng)階段的亞硝酸菌先利用氨氮生成亞硝酸鹽且轉(zhuǎn)化比例為1∶1；而同期的硝酸菌富集程度較亞硝酸菌低，因此導(dǎo)致亞硝酸鹽的去除率相對(duì)較低。隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，可以觀察到亞硝酸鹽去除率逐步提升的過(guò)程，第一代尾水處理設(shè)備系統(tǒng)由31%提升到84%，第二代系統(tǒng)由32%提升到81%，第三代系統(tǒng)由50%提升到94%。同時(shí)可以更清晰地反映出硝酸菌逐漸富集的過(guò)程。在三代設(shè)備中，第三代設(shè)備的亞硝酸鹽去除率是最高的，也更快地（在第25 d）達(dá)到最高值（94%）附近。

圖3 三代尾水處理設(shè)備系統(tǒng)對(duì)亞硝酸鹽的去除效果

3.2.3 對(duì)總氮的去除

分析第三代尾水處理設(shè)備系統(tǒng)總氮的去除效果（如圖4 所示），第三代尾水處理設(shè)備系統(tǒng)能將原水中的總氮處理至3 mg/L左右，最大去除率在第25 d出現(xiàn)，約61.12%。在第35 d 時(shí)，原水的總氮濃度（4.78 mg/L）達(dá)到養(yǎng)殖尾水排放標(biāo)準(zhǔn)中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求（5 mg/L）。

圖4 第三代尾水處理設(shè)備系統(tǒng)對(duì)總氮的去除效果

4 結(jié)論

（1）第一代尾水處理系統(tǒng)能將懸浮物去除率保持在47%～57%，第二代系統(tǒng)去除率保持在88%～90%，第三代系統(tǒng)去除率保持在90%～94%，說(shuō)明第三代尾水處理系統(tǒng)對(duì)懸浮物的去除效果最好。根據(jù)第一代尾水處理系統(tǒng)的去除效果進(jìn)行判斷，僅增加微濾機(jī)的大?。ㄈ萘浚┎皇亲罱?jīng)濟(jì)實(shí)惠的選擇。

（2）第一代尾水處理系統(tǒng)對(duì)氨氮、亞硝酸鹽、總氮有一定的去除效果，在此基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)優(yōu)化的第二和第三代尾水處理系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除率約95%，并在隨后的運(yùn)行中同樣維持了穩(wěn)定的氨氮去除率。在后期，實(shí)際原水中的氨氮濃度達(dá)到0.1 mg/L 以下。第二代和第三代尾水處理系統(tǒng)對(duì)亞硝酸鹽的去除率均在25 d 時(shí)達(dá)到最高值。第三代尾水處理系統(tǒng)對(duì)亞硝酸鹽的去除率約94%，并且能將原水中的總氮處理至3 mg/L左右，最高去除率約61%。

除了本文重點(diǎn)討論的懸浮物，結(jié)合總氮濃度數(shù)據(jù)還發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖尾水處理的另一大難點(diǎn)是制造厭氧環(huán)境。在總氮去除率還不夠高的情況下，處理后的總氮可能有不達(dá)標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，因此后續(xù)可以圍繞制造厭氧環(huán)境的系統(tǒng)搭建進(jìn)行研究，或在運(yùn)行中通過(guò)加強(qiáng)對(duì)溶解氧的控制，提升反硝化的效率。